(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
旋光性を有する第１光学材料により形成されて光軸を中心とする円の周方向に沿って厚さが連続的に変化する形態を有し、入射光の偏光状態を変化させる偏光変換部材と、
前記偏光変換部材の入射側または射出側に配置されて、前記偏光変換部材による光の偏向作用を補償する補正部材とを備え、
前記補正部材は、前記第１光学材料とは異なる屈折率の第２光学材料で形成され、前記第１光学材料と前記第２光学材料との間の屈折率差に応じて規定される面形状を有する光学面を有することを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項２】
前記補正部材の面形状は、前記偏光変換部材の光学面の面形状に応じて規定されることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換ユニット。
【請求項３】
前記偏光変換部材は、水晶により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光変換ユニット。
【請求項４】
前記補正部材は、水晶により形成され、且つ前記偏光変換部材の入射側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の偏光変換ユニット。
【請求項５】
入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
水晶により形成されて光軸を中心とする円の周方向に沿って厚さが連続的に変化する形態を有し、入射光の偏光状態を変化させる偏光変換部材と、
水晶により形成されて前記偏光変換部材による光の偏向作用を補償する補正部材とを備え、
前記補正部材は、前記偏光変換部材の入射側に配置されていることを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項６】
前記補正部材は、結晶光学軸が入射光の偏光方向と平行または垂直になるように配置されていることを特徴とする請求項４または５に記載の偏光変換ユニット。
【請求項７】
前記偏光変換部材は、前記光軸と直交する平面状の一方の光学面を有し、
前記補正部材は、前記光軸と直交する平面状の一方の光学面と、前記偏光変換部材の他方の光学面の面形状と補完的な面形状を有する他方の光学面とを有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項８】
前記補正部材は、蛍石または石英により形成され、且つ前記偏光変換部材の入射側または射出側に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の偏光変換ユニット。
【請求項９】
前記偏光変換部材は、前記光軸と直交する平面状の一方の光学面を有し、
前記補正部材は、前記光軸と直交する平面状の一方の光学面と、前記偏光変換部材の他方の光学面の面形状および水晶と蛍石または石英との間の屈折率差に応じて規定される面形状を有する他方の光学面とを有することを特徴とする請求項８に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１０】
前記偏光変換部材と前記補正部材とは互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１１】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系の光路中において、前記照明光学系の照明瞳またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１２】
前記偏光変換部材における前記円の周方向に沿って厚さが連続的に変化している領域では、該領域に入射する所定の方向に偏光方向を持つ直線偏光を、前記光軸を中心とする円の接線方向に偏光方向を持つ周方向偏光または該円の半径方向に偏光方向を持つ径方向偏光に変換することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１３】
前記偏光変換部材の前記円の周方向に沿った厚さの変化は、前記光軸と直交する面を基準平面とし且つ前記基準平面上の光軸の位置を原点とした円柱座標系で表現したとき、偏角のみに依存することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の偏光変換ユニット。
【請求項１４】
光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の偏光変換ユニットを備えていることを特徴とする照明光学系。
【請求項１５】
前記偏光変換ユニットは、前記照明光学系の照明瞳またはその近傍に配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の照明光学系。
【請求項１６】
前記被照射面と光学的に共役な面を形成する投影光学系と組み合わせて用いられ、前記照明瞳は前記投影光学系の開口絞りと光学的に共役な位置であることを特徴とする請求項１５に記載の照明光学系。
【請求項１７】
所定のパターンを照明するための請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
前記所定のパターンの像を前記感光性基板上に形成する投影光学系を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の露光装置。
【請求項１９】
請求項１７または１８に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換ユニット、照明光学系、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイスをリソグラフィー工程で製造するための露光装置に好適な照明光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の典型的な露光装置においては、光源から射出された光束が、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを介して、多数の光源からなる実質的な面光源としての二次光源（一般には照明瞳における所定の光強度分布）を形成する。以下、照明瞳での光強度分布を、「瞳強度分布」という。また、照明瞳とは、照明瞳と被照射面（露光装置の場合にはマスクまたはウェハ）との間の光学系の作用によって、被照射面が照明瞳のフーリエ変換面となるような位置として定義される。
【０００３】
二次光源からの光束は、コンデンサー光学系により集光された後、所定のパターンが形成されたマスクを重畳的に照明する。マスクを透過した光は投影光学系を介してウェハ上に結像し、ウェハ上にはマスクパターンが投影露光（転写）される。マスクに形成されたパターンは高集積化されており、この微細パターンをウェハ上に正確に転写するにはウェハ上において均一な照度分布を得ることが不可欠である。
【０００４】
近年、任意方向の微細パターンを忠実に転写するのに適した照明条件を実現するために、フライアイレンズの後側焦点面またはその近傍の照明瞳に輪帯状の二次光源を形成し、この輪帯状の二次光源を通過する光束がその周方向を偏光方向とする直線偏光状態（以下、略して「周方向偏光状態」という）になるように設定する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２４６６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された照明光学系では、４分割乃至８分割された円弧状の各分割領域を通過する光束の偏光状態を周方向に設定することにより、いわゆる連続性の比較的低い周方向偏光状態を実現している。しかしながら、周方向偏光の作用効果を良好に発揮するために、連続的な周方向偏光状態の実現が望まれている。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば照明光学系の光路中に配置されて、連続的な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することのできる偏光変換ユニットを提供することを目的とする。また、本発明は、連続的な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニットを用いて、所望の周方向偏光状態の光で被照射面を照明することのできる照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、所望の周方向偏光状態の光で所定のパターンを照明する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に正確に転写することのできる露光装置およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、入射光を所定の偏光状態の光に変換して射出する偏光変換ユニットにおいて、
旋光性を有する光学材料により形成されて光軸を中心とする円の周方向に沿って厚さが連続的に変化する形態を有し、入射光の偏光状態を変化させる偏光変換部材と、
前記偏光変換部材の入射側または射出側に配置されて、前記偏光変換部材による光の偏向作用を補償する補正部材とを備えていることを特徴とする偏光変換ユニットを提供する。
【０００９】
本発明の第２形態では、光源からの光により被照射面を照明する照明光学系において、
前記光源と前記被照射面との間の光路中に配置された第１形態の偏光変換ユニットを備えていることを特徴とする照明光学系を提供する。
【００１０】
本発明の第３形態では、所定のパターンを照明するための第２形態の照明光学系を備え、前記所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１１】
本発明の第４形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の偏光変換ユニットでは、旋光性を有する光学材料により形成されて光軸を中心とする円の周方向に沿って厚さが連続的に変化する形態を有する偏光変換部材の旋光作用により、その直後に連続的な周方向偏光状態の光強度分布が形成される。偏光変換部材による光の偏向作用は、その入射側または射出側に配置された補正部材の作用により補償される。こうして、本発明の偏光変換ユニットを照明光学系に適用した場合、照明光学系の照明瞳には連続的な周方向偏光状態の瞳強度分布が形成される。
【００１３】
すなわち、本発明の偏光変換ユニットでは、例えば照明光学系の光路中に配置されて、連続的な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現することができる。また、本発明の照明光学系では、連続的な周方向偏光状態の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニットを用いて、所望の周方向偏光状態の光で被照射面を照明することができる。また、本発明の露光装置では、所望の周方向偏光状態の光で被照射面としてのパターン面を照明する照明光学系を用いて、適切な照明条件のもとで微細パターンを感光性基板に正確に転写することができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】マイクロフライアイレンズの直後の照明瞳に形成される輪帯状の瞳強度分布を示す図である。
【図３】偏光変換ユニットのＹＺ平面に沿った断面構成を概略的に示す図である。
【図４】偏光変換ユニット中の偏光変換部材の特徴的な面形状を概略的に示す斜視図である。
【図５】水晶の旋光性について説明する図である。
【図６】偏光変換ユニットの作用により形成される連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布を示す図である。
【図７】偏光変換ユニットの作用により形成される連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布を示す図である。
【図８】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図９】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、感光性基板であるウェハＷの転写面（露光面）の法線方向に沿ってＺ軸を、ウェハＷの転写面内において図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウェハＷの転写面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。図１を参照すると、本実施形態の露光装置では、光源１から露光光（照明光）が供給される。
【００１６】
光源１として、たとえば２４８ｎｍの波長の光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源、１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源などを用いることができる。光源１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、例えばＸ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のレンズ２ａおよび２ｂからなるビームエキスパンダー２に入射する。ビームエキスパンダー２に入射した光束は、図１の紙面内において拡大され、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００１７】
整形光学系としてのビームエキスパンダー２を介したほぼ平行な光束は、ミラー３でＹ方向に偏向された後、偏光状態切換部４および輪帯照明用の回折光学素子５を介して、アフォーカルレンズ６に入射する。偏光状態切換部４は、光の入射側から順に、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する楕円偏光の光を直線偏光の光に変換する１／４波長板４ａと、光軸ＡＸを中心として結晶光学軸が回転自在に構成されて入射する直線偏光の偏光方向を変化させる１／２波長板４ｂと、照明光路に対して挿脱自在なデポラライザ（非偏光化素子）４ｃとを備えている。
【００１８】
偏光状態切換部４は、デポラライザ４ｃを照明光路から退避させた状態で、光源１からの光を所望の偏光方向を有する直線偏光の光に変換して回折光学素子５へ入射させる機能を有する。また、偏光状態切換部４は、デポラライザ４ｃを照明光路中に設定した状態で、光源１からの光を実質的に非偏光の光に変換して回折光学素子５へ入射させる機能を有する。アフォーカルレンズ６は、前側レンズ群６ａと後側レンズ群６ｂとからなり、前側レンズ群６ａの前側焦点位置と回折光学素子５の位置とがほぼ一致し且つ後側レンズ群６ｂの後側焦点位置と図中破線で示す所定面ＩＰの位置とがほぼ一致するように設定されたアフォーカル系（無焦点光学系）である。
【００１９】
一般に、回折光学素子は、基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的に、輪帯照明用の回折光学素子５は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に輪帯状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子５に入射したほぼ平行光束は、アフォーカルレンズ６の瞳面に輪帯状の光強度分布を形成した後、ほぼ平行光束となってアフォーカルレンズ６から射出される。
【００２０】
アフォーカルレンズ６の瞳面またはその近傍には、光の入射側から順に補正部材７１と偏光変換部材７２とを有する偏光変換ユニット７、および円錐アキシコン系８が配置されている。偏光変換ユニット７および円錐アキシコン系８の構成および作用については後述する。以下、偏光変換ユニット７および円錐アキシコン系８の作用を無視して、露光装置の基本的な構成および作用を説明する。アフォーカルレンズ６を介した光束は、σ値（σ値＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）可変用のズームレンズ９を介して、オプティカルインテグレータとしてのマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１０に入射する。
【００２１】
マイクロフライアイレンズ１０は、縦横に且つ稠密に配列された多数の正屈折力を有する微小レンズからなる光学素子である。一般に、マイクロフライアイレンズは、たとえば平行平面板にエッチング処理を施して微小レンズ群を形成することによって構成される。マイクロフライアイレンズを構成する各微小レンズは、フライアイレンズを構成する各レンズエレメントよりも微小である。また、マイクロフライアイレンズは、互いに隔絶されたレンズエレメントからなるフライアイレンズとは異なり、多数の微小レンズ（微小屈折面）が互いに隔絶されることなく一体的に形成されている。
【００２２】
しかしながら、正屈折力を有するレンズ要素が縦横に配置されている点でマイクロフライアイレンズはフライアイレンズと同じ波面分割型のオプティカルインテグレータである。なお、マイクロフライアイレンズ１０として、例えばシリンドリカルマイクロフライアイレンズを用いることもできる。シリンドリカルマイクロフライアイレンズの構成および作用は、例えば米国特許第６９１３３７３号公報に開示されている。
【００２３】
所定面ＩＰの位置はズームレンズ９の前側焦点位置の近傍に配置され、マイクロフライアイレンズ１０の入射面はズームレンズ９の後側焦点位置の近傍に配置されている。換言すると、ズームレンズ９は、所定面ＩＰとマイクロフライアイレンズ１０の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に配置し、ひいてはアフォーカルレンズ６の瞳面とマイクロフライアイレンズ１０の入射面とを光学的にほぼ共役に配置している。したがって、マイクロフライアイレンズ１０の入射面上には、アフォーカルレンズ６の瞳面と同様に、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野が形成される。この輪帯状の照野の全体形状は、ズームレンズ９の焦点距離に依存して相似的に変化する。
【００２４】
マイクロフライアイレンズ１０を構成する各微小レンズは、マスクＭ上において形成すべき照野の形状（ひいてはウェハＷ上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。マイクロフライアイレンズ１０に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、マイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍の照明瞳には、図２に示すように、入射面に形成される照野とほぼ同じ光強度分布を有する二次光源、すなわち光軸ＡＸを中心とした輪帯状の実質的な面光源からなる二次光源（輪帯状の瞳強度分布）２０が形成される。
【００２５】
マイクロフライアイレンズ１０の直後の照明瞳に形成された二次光源２０からの光束は、コンデンサー光学系１１を介した後、マスクブラインド１２を重畳的に照明する。こうして、照明視野絞りとしてのマスクブラインド１２には、マイクロフライアイレンズ１０を構成する各微小レンズの形状と焦点距離とに応じた矩形状の照野が形成される。マスクブラインド１２の矩形状の開口部（光透過部）を介した光束は、結像光学系１３の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００２６】
すなわち、結像光学系１３は、マスクブラインド１２の矩形状開口部の像をマスクＭ上に形成することになる。結像光学系１３の瞳面は、マイクロフライアイレンズ１０の後側焦点面またはその近傍の照明瞳面と光学的に共役な位置にある別の照明瞳面である。したがって、結像光学系１３の瞳面にも、マイクロフライアイレンズ１０の直後の照明瞳と同様に、輪帯状の瞳強度分布が形成される。
【００２７】
マスクステージＭＳ上に保持されたマスクＭを透過した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウェハステージＷＳ上に保持されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターンの像を形成する。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハステージＷＳを二次元的に駆動制御しながら、ひいてはウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが順次露光される。
【００２８】
円錐アキシコン系８は、光源側から順に、光源側に平面を向け且つマスク側に凹円錐状の屈折面を向けた第１プリズム部材８ａと、マスク側に平面を向け且つ光源側に凸円錐状の屈折面を向けた第２プリズム部材８ｂとから構成されている。そして、第１プリズム部材８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状の屈折面とは、互いに当接可能なように相補的に形成されている。また、第１プリズム部材８ａおよび第２プリズム部材８ｂのうち少なくとも一方の部材が光軸ＡＸに沿って移動可能に構成され、第１プリズム部材８ａの凹円錐状の屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状の屈折面との間隔が可変に構成されている。
【００２９】
第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状屈折面とが互いに当接している状態では、円錐アキシコン系８は平行平面板として機能し、形成される輪帯状の二次光源に及ぼす影響はない。しかしながら、第１プリズム部材８ａの凹円錐状屈折面と第２プリズム部材８ｂの凸円錐状屈折面とを離間させると、輪帯状の二次光源の幅（輪帯状の二次光源の外径と内径との差の１／２）を一定に保ちつつ、輪帯状の二次光源の外径（内径）が変化する。すなわち、輪帯状の二次光源の輪帯比（内径／外径）および大きさ（外径）が変化する。
【００３０】
ズームレンズ９は、輪帯状の二次光源の全体形状を相似的（等方的）に拡大または縮小する機能を有する。たとえば、ズームレンズ９の焦点距離を最小値から所定の値へ拡大させることにより、輪帯状の二次光源の全体形状が相似的に拡大される。換言すると、ズームレンズ９の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比が変化することなく、その幅および大きさ（外径）がともに変化する。このように、円錐アキシコン系８およびズームレンズ９の作用により、輪帯状の二次光源の輪帯比と大きさ（外径）とを制御することができる。
【００３１】
本実施形態では、上述したように、マイクロフライアイレンズ１０により形成される二次光源を光源として、照明光学系（２〜１３）の被照射面に配置されるマスクＭをケーラー照明する。このため、二次光源が形成される位置は投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役であり、二次光源の形成面を照明光学系（２〜１３）の照明瞳面と呼ぶことができる。典型的には、照明瞳面に対して被照射面（マスクＭが配置される面、または投影光学系ＰＬを含めて照明光学系と考える場合にはウェハＷが配置される面）が光学的なフーリエ変換面となる。
【００３２】
なお、瞳強度分布とは、照明光学系（２〜１３）の照明瞳面または当該照明瞳面と光学的に共役な面における光強度分布（輝度分布）である。マイクロフライアイレンズ１０による波面分割数が比較的大きい場合、マイクロフライアイレンズ１０の入射面に形成される大局的な光強度分布と、二次光源全体の大局的な光強度分布（瞳強度分布）とが高い相関を示す。このため、マイクロフライアイレンズ１０の入射面および当該入射面と光学的に共役な面（例えばアフォーカルレンズ６の瞳面）における光強度分布についても瞳強度分布と称することができる。
【００３３】
輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、複数極照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、複数極照明（２極照明、４極照明、８極照明など）を行うことができる。複数極照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドに複数極状（２極状、４極状、８極状など）の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、複数極照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ１０の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした複数の円形状の照野からなる複数極状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ１０の直後の照明瞳にも、その入射面に形成された照野と同じ複数極状の二次光源が形成される。
【００３４】
また、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、円形照明用の回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、通常の円形照明を行うことができる。円形照明用の回折光学素子は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、ファーフィールドに円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、円形照明用の回折光学素子を介した光束は、マイクロフライアイレンズ１０の入射面に、たとえば光軸ＡＸを中心とした円形状の照野を形成する。その結果、マイクロフライアイレンズ１０の直後の照明瞳にも、その入射面に形成された照野と同じ円形状の二次光源が形成される。また、輪帯照明用の回折光学素子５に代えて、適当な特性を有する回折光学素子（不図示）を照明光路中に設定することによって、様々な形態の変形照明を行うことができる。
【００３５】
図３は、偏光変換ユニットのＹＺ平面に沿った断面構成を概略的に示す図である。図４は、偏光変換ユニット中の偏光変換部材の特徴的な面形状を概略的に示す斜視図である。偏光変換ユニット７は、上述したように、アフォーカルレンズ６の瞳面またはその近傍、すなわち照明光学系（２〜１３）の照明瞳またはその近傍に配置されている。したがって、輪帯照明用の回折光学素子５が照明光路中に配置されている場合、偏光変換ユニット７には輪帯状の断面を有する光束が入射する。
【００３６】
偏光変換ユニット７は、図３に示すように、光の入射側（光源側；図３中左側）から順に、補正部材７１と偏光変換部材７２とを有する。偏光変換部材７２は、旋光性を有する光学材料である結晶材料、例えば水晶により形成されて、光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って厚さが連続的に変化する形態を有する。一例として、偏光変換部材７２の入射側の面７２ａは図４に示すような直線状の段差を有する面形状に形成され、射出側（マスク側）の面７２ｂは平面状に形成されている。
【００３７】
具体的に、偏光変換部材７２の入射側の面７２ａは、光軸ＡＸを通ってＺ方向に沿って面７２ａの全体に亘って延びる直線状の段差を有する。この段差よりも＋Ｘ方向側の半円状の面７２ａａは、光軸ＡＸを中心とする半円の周方向に沿って＋Ｚ方向側から−Ｚ方向側へ厚さが線形的に増大するように形成されている。一方、段差よりも−Ｘ方向側の半円状の面７２ａｂは、光軸ＡＸを中心とする半円の周方向に沿って−Ｚ方向側から＋Ｚ方向側へ厚さが線形的に増大するように形成されている。ここで、光軸ＡＸと直交するＸＺ平面を基準平面とし、この基準平面上の光軸ＡＸの位置を原点とした円柱（円筒）座標系を考えると、段差よりも＋Ｘ方向側の半円状の面７２ａａおよび段差よりも−Ｘ方向側の半円状の面７２ａｂは、光軸ＡＸ廻りの方位角である偏角にのみ依存して光軸方向（Ｙ方向）の厚さが変化している曲面形状を有している。
【００３８】
補正部材７１は、偏光変換部材７２の入射側に隣接して配置されて、偏光変換部材７２と同じ屈折率を有する光学材料、すなわち水晶により形成されている。補正部材７１は、偏光変換部材７２による光の偏向作用（光の進行方向の変化）を補償するコンペンセータとして機能するための所要の面形状を有する。具体的に、補正部材７１の入射側の面７１ａは平面状に形成され、射出側の面７１ｂは偏光変換部材７２の入射側の面７２ａの面形状と補完的な面形状を有する。
【００３９】
補正部材７１は、通過する光の偏光状態を変化させることがないように、結晶光学軸が入射光の偏光方向と平行または垂直になるように配置されている。偏光変換部材７２は、入射光の偏光状態を変化させるために、その結晶光学軸が光軸ＡＸとほぼ一致（すなわち入射光の進行方向であるＹ方向とほぼ一致）するように設定されている。以下、図５を参照して、水晶の旋光性について簡単に説明する。図５を参照すると、厚さｄの水晶からなる平行平面板状の光学部材１００が、その結晶光学軸と光軸ＡＸとが一致するように配置されている。この場合、光学部材１００の旋光性により、入射した直線偏光の偏光方向が光軸ＡＸ廻りにθだけ回転した状態で射出される。
【００４０】
このとき、光学部材１００の旋光性による偏光方向の回転角（旋光角度）θは、光学部材１００の厚さｄと水晶の旋光能ρとにより、次の式（ａ）で表わされる。一般に、水晶の旋光能ρは、波長依存性（使用光の波長に依存して旋光能の値が異なる性質：旋光分散）があり、具体的には使用光の波長が短くなると大きくなる傾向がある。「応用光学II」の第１６７頁の記述によれば、２５０．３ｎｍの波長を有する光に対する水晶の旋光能ρは、１５３．９度／ｍｍである。
θ＝ｄ・ρ    （ａ）  
【００４１】
本実施形態では、例えばＺ方向に偏光方向を有するＺ方向直線偏光の光が偏光変換ユニット７に（ひいては偏光変換部材７２に）入射した場合、偏光変換部材７２の直後に連続的な周方向偏光状態の光強度分布が形成されるように、偏光変換部材７２の厚さ分布が設定されている。すなわち、偏光変換部材７２は、その入射面７２ａ上の任意の点に入射したＺ方向直線偏光の光が、光軸ＡＸを中心として当該入射点を通る円の接線方向に偏光方向を有する直線偏光の光に変換されるように形成されている。
【００４２】
こうして、偏光変換ユニット７にＺ方向直線偏光の光を入射させると、偏光変換部材７２の直後に連続的な周方向偏光状態の光強度分布が形成され、ひいてはマイクロフライアイレンズ１０の直後の照明瞳に図６に示すように連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布２１が形成される。さらに、マイクロフライアイレンズ１０の直後の照明瞳と光学的に共役な別の照明瞳の位置、すなわち結像光学系１３の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置（開口絞りＡＳが配置されている位置）にも、光強度分布２１に対応する連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。
【００４３】
一般に、周方向偏光状態の輪帯状や複数極状（２極状、４極状、８極状など）の瞳強度分布に基づく周方向偏光照明では、最終的な被照射面としてのウェハＷに照射される光がＳ偏光を主成分とする偏光状態になる。ここで、Ｓ偏光とは、入射面に対して垂直な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に垂直な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。ただし、入射面とは、光が媒質の境界面（被照射面：ウェハＷの表面）に達したときに、その点での境界面の法線と光の入射方向とを含む面として定義される。その結果、周方向偏光照明では、投影光学系の光学性能（焦点深度など）の向上を図ることができ、ウェハ（感光性基板）上において高いコントラストのマスクパターン像を得ることができる。
【００４４】
なお、補正部材７１の設置を省略すると、偏光変換部材７２の屈折作用（ひいては偏向作用）により光の進行方向が変化し、所望の周方向偏光状態で且つ所望の大きさおよび形状を有する瞳強度分布を所望の位置に形成することができなくなる。その結果、ウェハ上では所望の周方向偏光状態で光が結像しなくなり、ひいてはマスクのパターン像を所要のコントラストでウェハ上に形成することが困難になる。
【００４５】
以上のように、本実施形態の偏光変換ユニット７では、水晶により形成されて光軸ＡＸを中心とする円の周方向に沿って厚さが連続的に変化する形態を有する偏光変換部材７２の旋光作用により、偏光変換部材７２の直後に連続的な周方向偏光状態の光強度分布が形成される。偏光変換部材７２による光の偏向作用は、その入射側に配置された補正部材７１の作用により補償される。こうして、マイクロフライアイレンズ１０の直後の照明瞳には、連続的な周方向偏光状態で輪帯状の光強度分布２１が形成される。すなわち、本実施形態の偏光変換ユニット７では、照明光学系（２〜１３）の光路中に配置されて、連続的な周方向偏光状態で輪帯状の瞳強度分布を実現することができる。
【００４６】
本実施形態の照明光学系（２〜１３）では、連続的な周方向偏光状態で輪帯状の瞳強度分布を実現する偏光変換ユニット７を用いて、所望の周方向偏光状態の光でマスクＭのパターン面（被照射面）を照明することができる。また、本実施形態の露光装置（２〜ＷＳ）では、所望の周方向偏光状態の光でマスクＭのパターン面を照明する照明光学系（２〜１３）を用いて、転写すべきマスクＭのパターンの特性に応じて実現された適切な照明条件のもとで周方向偏光の作用効果を良好に発揮して、微細パターンをウェハＷに正確に転写することができる。
【００４７】
なお、上述の実施形態では、偏光変換ユニット７にＺ方向直線偏光の光を入射させているが、Ｘ方向に偏光方向を有するＸ方向直線偏光の光を偏光変換ユニット７に入射させると、偏光変換部材７２の直後に連続的な径方向偏光状態の光強度分布が形成され、ひいてはマイクロフライアイレンズ１０の直後の照明瞳に図７に示すように連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布２２が形成される。さらに、結像光学系１３の瞳位置および投影光学系ＰＬの瞳位置にも、光強度分布２２に対応する連続的な径方向偏光状態で輪帯状の光強度分布が形成される。
【００４８】
一般に、径方向偏光状態の輪帯状や複数極状の瞳強度分布に基づく径方向偏光照明では、最終的な被照射面としてのウェハＷに照射される光がＰ偏光を主成分とする偏光状態になる。ここで、Ｐ偏光とは、上述のように定義される入射面に対して平行な方向に偏光方向を有する直線偏光（入射面に平行な方向に電気ベクトルが振動している偏光）のことである。その結果、径方向偏光照明では、ウェハＷに塗布されたレジストにおける光の反射率を小さく抑えて、ウェハ（感光性基板）上において良好なマスクパターン像を得ることができる。
【００４９】
また、上述の実施形態では、図１、図３および図４に示す特定の構成を有する偏光変換ユニット７に基づいて本発明を説明している。しかしながら、この特定の構成に限定されることなく、偏光変換ユニットの具体的な構成については、様々な形態が可能である。具体的に、偏光変換ユニットの配置、偏光変換部材の材質、偏光変換部材の面形状、補正部材の材質、補正部材の面形状、偏光変換部材と補正部材との位置関係などについては様々な形態が可能である。
【００５０】
例えば、上述の実施形態では、偏光変換ユニット７がアフォーカルレンズ６の瞳面またはその近傍に配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光変換ユニット７を、照明光学系（２〜１３）の他の照明瞳の位置またはその近傍の位置に配置することができる。具体的に、マイクロフライアイレンズ１０の入射面の近傍、マイクロフライアイレンズ１０の射出面の近傍、結像光学系１３の瞳またはその近傍などに、偏光変換ユニット７を配置することもできる。
【００５１】
また、上述の実施形態では、補正部材７１および偏光変換部材７２がともに水晶により形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、水晶以外の旋光性を有する光学材料により偏光変換部材を形成することもできる。また、偏光変換部材と補正部材とを互いに異なる光学材料、すなわち屈折率の異なる光学材料により形成することもできる。一例として、偏光変換部材を水晶により形成し、補正部材を蛍石または石英により形成することができる。
【００５２】
この場合、偏光変換部材は、平面状の一方の光学面（図３の面７２ｂに対応）と、非平面状の他方の光学面（図３の面７２ａに対応）とを有する。補正部材は、平面状の一方の光学面（図３の面７１ａに対応）と、偏光変換部材の他方の光学面と補完的な面形状とは僅かに異なる面形状を有する他方の光学面（図３の面７１ｂに対応）とを有する。具体的に、補正部材の他方の光学面の面形状は、対応する偏光変換部材の他方の光学面の面形状と、水晶と蛍石または石英との間の屈折率差とに応じて規定される。また、蛍石または石英により形成された補正部材は入射光の偏光状態を変化させないので、偏光変換部材の入射側または射出側に補正部材を配置することができる。
【００５３】
また、上述の実施形態では、補正部材７１と偏光変換部材７２とが互いに隣接して配置されている。しかしながら、これに限定されることなく、補正部材と偏光変換部材とを互いに光学的に共役にするリレー光学系を備える構成も可能である。
【００５４】
また、上述の実施形態では、偏光変換部材７２の入射側の面７２ａが光軸ＡＸを通ってＺ方向に沿って面７２ａの全体に亘って延びる直線状の段差、すなわち面７２ａの直径に９対応する直線状の段差を有する。しかしながら、これに限定されることなく、例えば偏光変換部材の非平面状の面（図３の面７２ａに対応）が光軸ＡＸからＺ方向に沿って延びる直線状の段差（当該面の半径に対応する直線状の段差）を有する形態も可能である。この場合、非平面状の面は、光軸を中心とする円の周方向に沿って且つその周方向の全体に亘って厚さが線形的に変化するような面形状に形成されることになる。
【００５５】
なお、上述の説明では、照明瞳に輪帯状の瞳強度分布が形成される変形照明、すなわち輪帯照明を例にとって、本発明の作用効果を説明している。しかしながら、輪帯照明に限定されることなく、例えば複数極状の瞳強度分布が形成される複数極照明などに対しても、同様に本発明を適用して同様の作用効果を得ることができることは明らかである。
【００５６】
上述の実施形態では、オプティカルインテグレータとして、マイクロフライアイレンズ１０を用いているが、その代わりに、内面反射型のオプティカルインテグレータ（典型的にはロッド型インテグレータ）を用いても良い。この場合、ズームレンズ９の代わりに、所定面ＩＰからの光を集光する集光光学系を配置する。そして、マイクロフライアイレンズ１０とコンデンサー光学系１１との代わりに、所定面ＩＰからの光を集光する集光光学系の後側焦点位置またはその近傍に入射端が位置決めされるようにロッド型インテグレータを配置する。このとき、ロッド型インテグレータの射出端がマスクブラインド１２の位置になる。ロッド型インテグレータを用いる場合、このロッド型インテグレータの下流の結像光学系１３内の、投影光学系ＰＬの開口絞りＡＳの位置と光学的に共役な位置を照明瞳面と呼ぶことができる。また、ロッド型インテグレータの入射面の位置には、照明瞳面の二次光源の虚像が形成されることになるため、この位置およびこの位置と光学的に共役な位置も照明瞳面と呼ぶことができる。ここで、上記の集光光学系、上記の結像光学系、およびロッド型インテグレータを分布形成光学系とみなすことができる。
【００５７】
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットおよびこれに対応する米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。ここでは、米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報の教示を参照として援用する。
【００５８】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行っても良い。
【００５９】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図８は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図８に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。
【００６０】
その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。
【００６１】
図９は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図９に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００６２】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００６３】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００６４】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえば波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【００６５】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。
【００６６】
また、上述の実施形態では、露光装置においてマスク（またはウェハ）を照明する照明光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスク（またはウェハ）以外の被照射面を照明する一般的な照明光学系に対して本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１  光源
４  偏光状態切換部
５  回折光学素子
６  アフォーカルレンズ
７  偏光変換ユニット
７１  補正部材
７２  偏光変換部材
８  円錐アキシコン系
９  ズームレンズ
１０  マイクロフライアイレンズ
１１  コンデンサー光学系
１２  マスクブラインド
１３  結像光学系
Ｍ  マスク
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
【図１】
0005531518.tif 000002
【図２】
0005531518.tif 000003
【図３】
0005531518.tif 000004
【図４】
0005531518.tif 000005
【図５】
0005531518.tif 000006
【図６】
0005531518.tif 000007
【図７】
0005531518.tif 000008
【図８】
0005531518.tif 000009
【図９】
0005531518.tif 000010